I gas sono l'oggetto di ricerca più semplice, quindi le loro proprietà e reazioni tra sostanze gassose sono state studiate in modo più completo. Per semplificare l'analisi delle regole decisionali compiti di calcolo,basato sulle equazioni delle reazioni chimiche,è consigliabile considerare queste leggi proprio all'inizio dello studio sistematico della chimica generale

Lo scienziato francese J.L. Gay-Lussac ha fatto la legge relazioni di massa:

Ad esempio, 1 l di cloro si collega con 1 litro di idrogeno , formando 2 litri di acido cloridrico ; 2 litri di ossido di zolfo (IV) connesso con 1 litro di ossigeno, formando 1 litro di ossido di zolfo (VI).

Questa legge ha permesso allo scienziato italiano supponiamo che le molecole di gas semplici ( idrogeno, ossigeno, azoto, cloro, ecc. ) consiste in due atomi identici . Quando l'idrogeno si combina con il cloro, le loro molecole si scompongono in atomi e questi ultimi formano molecole di acido cloridrico. Ma poiché due molecole di acido cloridrico sono formate da una molecola di idrogeno e una molecola di cloro, il volume di quest'ultimo deve essere uguale alla somma dei volumi dei gas iniziali.
Pertanto, i rapporti di volume sono facilmente spiegabili se si procede dal concetto di natura biatomica delle molecole di gas semplici ( H2, Cl2, O2, N2, ecc. )- Questo, a sua volta, serve come prova della natura biatomica delle molecole di queste sostanze.
Lo studio delle proprietà dei gas ha permesso ad A. Avogadro di esprimere un'ipotesi, che è stata poi confermata da dati sperimentali, e quindi è diventata nota come legge di Avogadro:

Dalla legge di Avogadro segue un importante conseguenza: nelle stesse condizioni, 1 mole di qualsiasi gas occupa lo stesso volume.

Questo volume può essere calcolato se la massa è nota 1 l gas. In condizioni normali condizioni, (n.o.) cioè temperatura 273K (O°C) e pressione 101 325 Pa (760 mmHg) , la massa di 1 litro di idrogeno è 0,09 g, la sua massa molare è 1,008 2 = 2,016 g / mol. Quindi il volume occupato da 1 mole di idrogeno in condizioni normali è uguale a 22,4 l

Nelle stesse condizioni, la massa 1l ossigeno 1.492 g ; molare 32 g/mol . Quindi anche il volume di ossigeno a (n.s.) è uguale a 22,4 mol.

Quindi:

Il volume molare di un gas è il rapporto tra il volume di una sostanza e la quantità di quella sostanza:

dove V m - volume molare del gas (dimensionel/mol ); V è il volume della sostanza del sistema;n è la quantità di materia nel sistema. Esempio di registrazione:V m gas (Bene.)\u003d 22,4 l / mol.

In base alla legge di Avogadro si determinano le masse molari delle sostanze gassose. Maggiore è la massa delle molecole di gas, maggiore è la massa dello stesso volume di gas. Uguali volumi di gas nelle stesse condizioni contengono lo stesso numero di molecole, e quindi le moli di gas. Il rapporto tra le masse di volumi uguali di gas è uguale al rapporto tra le loro masse molari:

dove m 1 - massa di un certo volume del primo gas; m 2 è la massa dello stesso volume del secondo gas; m 1 e m 2 - masse molari del primo e del secondo gas.

Di solito, la densità di un gas è determinata in relazione al gas più leggero: l'idrogeno (indicato con D H2 ). La massa molare dell'idrogeno è 2 g/mol . Pertanto, otteniamo.

Il peso molecolare di una sostanza allo stato gassoso è pari al doppio della sua densità di idrogeno.

La densità di un gas è spesso determinata rispetto all'aria. (d B ) . Sebbene l'aria sia una miscela di gas, parlano ancora della sua massa molare media. È pari a 29 g/mol. In questo caso la massa molare è data da M = 29D B .

La determinazione dei pesi molecolari ha mostrato che le molecole dei gas semplici sono costituite da due atomi (H2, F2, Cl2, O2 N2) e le molecole di gas inerti - da un atomo (Lui, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn). Per i gas nobili, "molecola" e "atomo" sono equivalenti.

La legge di Boyle - Mariotte: a temperatura costante, il volume di una data quantità di gas è inversamente proporzionale alla pressione alla quale si trova.Da qui pV = cost ,
dove R - pressione, V - volume di gas.

Legge di Gay-Lussac: a pressione costante e la variazione del volume del gas è direttamente proporzionale alla temperatura, cioè
V/T = cost
dove T - temperatura su una scala A (kelvin)

La legge combinata del gas di Boyle - Mariotte e Gay-Lussac:
pV/T = cost.
Questa formula viene solitamente utilizzata per calcolare il volume di un gas in determinate condizioni, se il suo volume è noto in altre condizioni. Se viene effettuata una transizione da condizioni normali (o condizioni normali), questa formula viene scritta come segue:
pV/T = p 0 V 0 /T 0 ,
dove R 0 ,V 0 ,T 0 -pressione, volume del gas e temperatura in condizioni normali ( R 0 = 101 325 Pa , T 0 = 273 mila V 0 \u003d 22,4 l / mol) .

Se la massa e la quantità di gas sono note, ma è necessario calcolarne il volume, o viceversa, utilizzare Equazione di Mendeleev-Claiperon:

dove n - quantità di sostanza gassosa, mol; m — massa, g; m è la massa molare del gas, g/anno ; R è la costante universale del gas. R \u003d 8,31 J / (mol * K)

Il volume molare di un gas è uguale al rapporto tra il volume del gas e la quantità di sostanza di questo gas, cioè

V m = V(X) / n(X),

dove V m - volume molare di gas - un valore costante per qualsiasi gas in determinate condizioni;

V(X) è il volume del gas X;

n(X) è la quantità di sostanza gassosa X.

Il volume molare dei gas in condizioni normali (pressione normale p n \u003d 101 325 Pa ≈ 101,3 kPa e temperatura T n \u003d 273,15 K ≈ 273 K) è V m \u003d 22,4 l / mol.

Leggi dei gas ideali

Nei calcoli che coinvolgono i gas, è spesso necessario passare da queste condizioni a condizioni normali o viceversa. In questo caso, è conveniente utilizzare la formula che segue dalla legge combinata dei gas di Boyle-Mariotte e Gay-Lussac:

pV / T = p n V n / T n

Dove p è la pressione; V - volume; T è la temperatura sulla scala Kelvin; l'indice "n" indica condizioni normali.

Frazione di volume

La composizione delle miscele di gas viene spesso espressa utilizzando una frazione di volume: il rapporto tra il volume di un determinato componente e il volume totale del sistema, ad es.

φ(X) = V(X) / V

dove φ(X) - frazione in volume del componente X;

V(X) - volume del componente X;

V è il volume del sistema.

La frazione di volume è una quantità adimensionale, è espressa in frazioni di unità o in percentuale.

Esempio 1. Quale volume ci vorrà a una temperatura di 20 ° C e una pressione di 250 kPa di ammoniaca del peso di 51 g?

Esempio 2. Determinare il volume che assumerà una miscela di gas contenente idrogeno, del peso di 1,4 ge azoto, del peso di 5,6 g, in condizioni normali.

Legge delle relazioni volumetriche

Come risolvere il problema utilizzando la "Legge delle relazioni volumetriche"?

Legge dei rapporti volumetrici: i volumi di gas coinvolti in una reazione sono correlati tra loro come piccoli numeri interi uguali ai coefficienti nell'equazione di reazione.

I coefficienti nelle equazioni di reazione mostrano il numero di volumi di sostanze gassose che reagiscono e si formano.

Esempio. Calcolare il volume d'aria necessario per bruciare 112 litri di acetilene.

1. Componiamo l'equazione di reazione:

2. Sulla base della legge dei rapporti volumetrici, calcoliamo il volume di ossigeno:

112/2 \u003d X / 5, da cui X \u003d 112 5 / 2 \u003d 280l

3. Determinare il volume d'aria:

V (aria) \u003d V (O 2) / φ (O 2)

V (aria) \u003d 280 / 0,2 \u003d 1400 l.

Prima di risolvere i problemi, dovresti imparare le formule e le regole su come trovare il volume di gas. Ricorda la legge di Avogadro. E il volume del gas stesso può essere calcolato utilizzando diverse formule, scegliendo da esse quella appropriata. Nella scelta della formula necessaria, le condizioni ambientali, in particolare temperatura e pressione, sono di grande importanza.

Legge di Avogadro

Dice che alla stessa pressione e alla stessa temperatura, gli stessi volumi di gas diversi conterranno lo stesso numero di molecole. Il numero di molecole di gas contenute in una mole è il numero di Avogadro. Da questa legge consegue che: 1 Kmol (kilomole) di un gas ideale, e qualsiasi altro, alla stessa pressione e temperatura (760 mm Hg e t \u003d 0 * C) occupa sempre un volume = 22,4136 m3.

Come determinare il volume di gas

• La formula V=n*Vm si trova più spesso nei problemi. Qui, il volume di gas in litri è V, Vm è il volume molare di gas (l / mol), che in condizioni normali \u003d 22,4 l / mol e n è la quantità di sostanza in moli. Quando non c'è quantità di materia nelle condizioni, ma allo stesso tempo c'è una massa di materia, allora si procede come segue: n=m/M. Qui M è g / mol (massa molare della sostanza) e la massa della sostanza in grammi è m. Nella tavola periodica, è scritto sotto ogni elemento, come la sua massa atomica. Somma tutte le masse e ottieni il desiderato.
• Quindi, come calcolare il volume di gas. Ecco il compito: sciogliere 10 g di alluminio in acido cloridrico. Domanda: quanto idrogeno può essere rilasciato a n. in.? L'equazione di reazione si presenta così: 2Al + 6HCl (es.) = 2AlCl3 + 3H2. All'inizio troviamo l'alluminio (quantità) che ha reagito secondo la formula: n(Al)=m(Al)/M(Al). Prendiamo la massa di alluminio (molare) dalla tavola periodica M (Al) \u003d 27 g / mol. Sostituto: n(Al)=10/27=0,37 mol. Dall'equazione chimica si può vedere che 3 moli di idrogeno si sono formate sciogliendo 2 moli di alluminio. Dovrebbe essere calcolato quanto idrogeno verrà rilasciato da 0,4 moli di alluminio: n(H2)=3*0,37/2=0,56mol. Sostituisci i dati nella formula e trova il volume di questo gas. V=n*Vm=0,56*22,4=12,54l.

Lo scopo della lezione: per formare il concetto di volumi molari, millimolari e kilomolari di gas e le loro unità di misura.

Obiettivi della lezione:

• Educativo- consolidare le formule precedentemente studiate e trovare il rapporto tra volume e massa, la quantità di sostanza e il numero di molecole, per consolidare e sistematizzare le conoscenze degli studenti.
• Educativo- sviluppare le abilità e le capacità per risolvere problemi, la capacità di pensare in modo logico, di ampliare gli orizzonti degli studenti, le loro capacità creative, la capacità di lavorare con la letteratura aggiuntiva, la memoria a lungo termine, l'interesse per la materia.
• Educativo- educare le persone con un alto livello di cultura, a formare il bisogno di attività cognitiva.

Tipo di lezione: Lezione combinata.

Attrezzatura e reagenti: Tabella "Volume molare dei gas", ritratto di Avogadro, bicchiere, acqua, misurini con zolfo, ossido di calcio, glucosio nella quantità di 1 mol.

Piano di lezione:

1. Momento organizzativo (1 min.)
2. Verifica delle conoscenze sotto forma di indagine frontale (10 min.)
3. Completare la tavola (5 min.)
4. Spiegazione del nuovo materiale (10 min.)
5. Fissaggio (10 min.)
6. Riassumendo (3 min.)
7. Compiti a casa (1 min.)

Durante le lezioni

1. Momento organizzativo.

2. Conversazione frontale su questioni.

Come si chiama la massa di 1 mole di una sostanza?

Come mettere in relazione la massa molare e la quantità di sostanza?

Qual è il numero di Avogadro?

Qual è la relazione tra il numero di Avogadro e la quantità di materia?

E come mettere in relazione la massa e il numero di molecole di una sostanza?

3. Ora compila la tabella risolvendo i problemi: questo è un lavoro di gruppo.

4. Imparare nuovo materiale.

“... Vogliamo non solo sapere come è organizzata la natura (e come si verificano i fenomeni naturali), ma anche, se possibile, raggiungere l'obiettivo, forse utopico e in apparenza audace, di scoprire perché la natura è esattamente così e non un altro. In questo, gli scienziati trovano la massima soddisfazione.
Albert Einstein

Quindi, il nostro obiettivo è trovare la massima soddisfazione, come dei veri scienziati.

Come si chiama il volume di 1 mole di una sostanza?

Da cosa dipende il volume molare?

Quale sarà il volume molare dell'acqua se M r = 18 e ρ = 1 g/ml?

(Certo 18 ml).

Per determinare il volume, hai usato la formula nota dalla fisica ρ = m / V (g / ml, g / cm 3, kg / m 3)

Misuriamo questo volume con strumenti di misurazione. Misuriamo i volumi molari di alcol, zolfo, ferro, zucchero. Sono diversi, perché la densità è diversa, (tabella delle densità diverse).

E i gas? Si scopre che 1 mole di qualsiasi gas a n.o. (0°C e 760 mm Hg) occupa lo stesso volume molare di 22,4 l/mol (mostrato in tabella). Qual è il nome del volume di 1 kilomole? Kilomolare. È pari a 22,4 m 3 / kmol. Il volume millimolare è 22,4 ml/mol.

Da dove viene questo numero?

Deriva dalla legge di Avogadro. Conseguenza dalla legge di Avogadro: 1 mole di qualsiasi gas al n.o. occupa un volume di 22,4 l/mol.

Ora ascolteremo un po' della vita dello scienziato italiano. (rapporto sulla vita di Avogadro)

E ora vediamo la dipendenza dei valori da diversi indicatori:

Da un confronto dei dati ottenuti, trarre una conclusione (il rapporto tra il volume e la quantità di una sostanza per tutte le sostanze gassose (a n.a.) è espresso dallo stesso valore, che è chiamato volume molare.)

È indicato con V m e misurato in l / mol, ecc. Deriviamo una formula per trovare il volume molare

Vm = V/v , da qui puoi trovare la quantità di sostanza e il volume di gas. Ricordiamo ora le formule studiate in precedenza, si possono combinare? Puoi ottenere formule universali per i calcoli.

m/M = V/V m ;

V/Vm = N/Na

5. E ora consolideremo le conoscenze acquisite con l'aiuto del conteggio orale, in modo che le conoscenze attraverso le abilità vengano applicate automaticamente, cioè si trasformino in abilità.

Per la risposta corretta riceverai un punto, per il numero di punti riceverai una valutazione.

1. Qual è la formula dell'idrogeno?
2. Qual è il suo peso molecolare relativo?
3. Qual è la sua massa molare?
4. Quante molecole di idrogeno ci saranno in ciascun caso?
5. Quale volume sarà occupato al n.a.s. 3 g H2?
6. Quanto peseranno 12 10 23 molecole di idrogeno?
7. Quale volume occuperanno queste molecole in ciascun caso?

Ora risolviamo i problemi in gruppo.

Compito #1

Campione: qual è il volume di 0,2 mol N 2 a n.a.?

1. Quale volume è occupato da 5 mol O 2 al n.a.?
2. Quale volume è occupato da 2,5 mol H 2 al n.a.?

Compito #2

Campione: Quanta sostanza contengono 33,6 litri di idrogeno al n.a.?

Compiti per soluzione indipendente

Risolvi i problemi secondo l'esempio fornito:

1. Quale quantità di una sostanza contiene ossigeno con un volume di 0,224 litri al n.a.?
2. Quale quantità di sostanza contiene anidride carbonica con un volume di 4,48 litri al n.a.?

Compito #3

Campione: quale volume assorbiranno 56 g di CO gassoso a NS?

Compiti per soluzione indipendente

Risolvi i problemi secondo l'esempio fornito:

1. Quale volume occuperà 8 g di gas O 2 al n.a.?
2. Quale volume occuperà 64 g di SO 2 gas a N.O.?

Compito #4

Campione: quale volume contiene 3 10 23 molecole di idrogeno H 2 al n.a.?

Compiti per soluzione indipendente

Risolvi i problemi secondo l'esempio fornito:

1. Quale volume contiene 12.04 · 10 23 molecole di idrogeno CO 2 al n.a.?
2. Quale volume contiene 3,01 10 23 molecole di idrogeno O 2 al n.a.?

Il concetto di densità relativa dei gas dovrebbe essere dato sulla base della loro conoscenza della densità del corpo: D = ρ 1 / ρ 2, dove ρ 1 è la densità del primo gas, ρ 2 è la densità del secondo gas. Conosci la formula ρ = m/V. Sostituendo m in questa formula con M, e V con V m , otteniamo ρ = M / V m . Quindi la densità relativa può essere espressa usando il lato destro dell'ultima formula:

D \u003d ρ 1 / ρ 2 \u003d M 1 / M 2.

Conclusione: la densità relativa dei gas è un numero che mostra quante volte la massa molare di un gas è maggiore della massa molare di un altro gas.

Ad esempio, determinare la densità relativa dell'ossigeno dall'aria, dall'idrogeno.

6. Riassumendo.

Risolvi i problemi per la correzione:

Trova la massa (n.a.): a) 6 l. Circa 3; b) 14 l. gas H 2 S?

Qual è il volume di idrogeno a n.a. formato dall'interazione di 0,23 g di sodio con acqua?

Qual è la massa molare del gas se 1 litro. la sua massa è 3,17 g? (Suggerimento! m = ρ V)

Parte I

1. 1 mole di qualsiasi gas al n. y. occupa lo stesso volume, pari a 22,4 litri. Questo volume si chiama molare ed è indicato con Vm.

2. Quantità di sostanza (n) - rapporto volume di gas a n. y. al volume molare:
n = V/Vm=> Vm si misura in l/mol.

3. Pertanto, la quantità di sostanza

4. Completare la tabella "Caratteristiche quantitative delle sostanze" effettuando i calcoli necessari.

Seconda parte

1. Stabilire una relazione tra il nome e la dimensione del valore.

2. Specificare le formule derivate dalla formula principale n = V/Vm.
2) V=n Vm
3) Vm=V/n

3. Quante molecole ci sono in 44,8 L (n.a.) di anidride carbonica? Risolvi il problema in due modi.

4. Trova una condizione per il problema in cui devi trovare il numero di molecole N, se il volume V è noto.
Trova il numero di particelle di ossido nitrico (II), se il suo volume è 67,2 litri.
Risolvi il problema in ogni modo.

5. Calcolare la massa di 78,4 litri (n.a.) di cloro.

6. Trovare il volume di 297 g di fosgene (COCl2).

7. Calcolare la massa di 56 litri di ammoniaca, di cui una soluzione acquosa al 10% è nota in medicina come "ammoniaca".

8. Trova un problema usando i concetti che hai imparato. Usa il tuo computer per creare un disegno per illustrare questa attività. Suggerisci un modo per risolverlo. È vero che 22,4 litri di azoto o 22,4 litri di idrogeno hanno la stessa massa? Supporta la tua risposta con i calcoli.